Kessel- und Kesselausrüstung ❙ Dampfmaschine, Triebwerk und Steuerung
Fahrgestell, Laufwerk und Bremsen ❙ Führerstand und Bedienelemente ❙ Tender ❙ Sonderbauarten
Dampfl okomotive
Technik und Funktion
M. Weisbrod/R. Barkhoff
Kessel- und Kesselausrüstung
❙Dampfmaschine, Triebwerk und Steuerung
Fahrgestell, Laufwerk und Bremsen
❙Führerstand und Bedienelemente
❙Tender
❙Sonderbauarten
Dampflokomotive
Technik und Funktion
Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek:
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Angaben sind unter http://dnb.ddb.de abrufbar.
ISBN 978-3-8375-1726-2
© 2016 by VGB Verlagsgruppe Bahn GmbH, Fürstenfeldbruck, und Klartext Verlag, Essen Alle Rechte vorbehalten
Nachdruck, Reproduktion und Vervielfältigung – auch auszugsweise und mithilfe digitaler Systeme und Datenträger – nur mit vorheriger schriftlicher Genehmigung des Verlages.
Einbandabbildungen:
vorne: Luftpumpe der 044 389 (Bw Ottbergen, Oktober 1974) Foto: B. Huguenin 038 335 mit Knorr-Tolkien-Speisewasserpumpe Foto: D. Kempf
Die Zeichnung von Reinhold Barkhoff zeigt eine zweistufige Turbo-Speisepumpe für Mischvorwärmanlangen der Bauart Henschel
hinten: Ausgebautes Laufwerk der 44 0587 mit Krauss-Helmholtz-Lenkgestell Foto: M. Weisbrod
Redaktion: Thomas Hilge Koordination: Karlheinz Werner Layout/Bildbearbeitung: Snezana Dejanovic Einbandgestaltung: Snezana Dejanovic Gesamtherstellung: Himmer GmbH, Augsburg
Elementare Technik
F
ast 150 Jahre lang hat die Dampflokomotive die Geschichte begleitet, in erheblichen Maße das Tempo technischer Entwicklung mitbestimmt und dabei selbst eine kontinuierliche Vervollkommnung erfahren, bis sie schließlich das Feld für moder- nere Traktionsarten räumen musste. Nur noch in wenigen Ausnahmefällen – etwa bei Museums- und Tourisitikbahnen oder bei einigen Schmalspurbahnen – ergibt sich die Gelegenheit, eine Dampflokomotive im Betriebsdienst oder gar zu Reparaturzwecken zerlegt anzutreffen. Die Ära der Dampflokomotive gehört zwar der Vergangenheit an, was aber nicht heißt, dass sie deshalb auch vergessen ist. Erst die Entwicklung der Dampfmaschine und die Nutzung ihrer Kräfte, bot die Möglichkeit, das einzige über Jahrhunderte hinweg verfügbare Überlandtransportmittel wie Ochsenkarren und Kutschen endlich abzulösen.Als im Jahr 1985 der erste Teil der schließlich vierbändigen Reihe „Dampflokomotive – Technik und Funktion“ im damaligen Hermann Merker Verlag (auch Herausgeber des „Eisenbahn-Journals“) erschien, hatten sich die Autoren nicht das Ziel gesetzt, ein erschöpfendes Fachbuch zu liefern.
Ihr besonderes Bemühen lag darin, durch eine kurzgefasste, preiswerte, mehrteilige Ausgabe dem dampflokbegeisterten Eisenbahnfan und Modellbahner zu ermöglichen, ein übersichtliches Nachschlagewerk für die „private“ Fachbibliothek erwerben zu können.
Sie gestalteten ihre Broschüren textlich und optisch für einen Interessentenkreis, der auf Fachbücher zur Dampfloktechnik nicht zugreifen konnte oder wollte, dem es andererseits jedoch ein Bedürfnis war, elementares Wissen über den Gegenstand seines Hobbys zu erwerben.
Bei der Illustration spielten neben den zahlreichen Farb- und Schwarzfotos von Dampflokomotiven, ihren Baugruppen und Ausrüstungselementen, vor allem Zeichnungen eine zentrale Rolle. Ob als Funktionsskizze
und detailreiche technische Zeichnung, als aufwendige perspektivische Ansicht oder als Schnittzeichnung:
mit ihnen ließen sich die Funktionsweise ganzer Baugruppen und der Aufbau einzelner Komponenten anschaulicher und nachvollziehbarer darstellen als durch Fotos.
Ihre ursprüngliche Intention, das Thema in einer Ausgabe abzuhandeln, mussten die Autoren rasch aufgeben. Im ersten Band blieb es bei der Darstellung der Entwicklung der Dampflokomotive von den Anfängen bis zu ihrer Ausmusterung sowie bei der Beschreibung des Lokomotivkessels und seiner Funktionen. Im zweiten Teil behandelten die Autoren die Lokomotiv-Dampfmaschine mit allen dazugehörigen Funktionsteilen sowie Triebwerk und Steuerung, Fahrgestell und Laufwerk. In Band 3 folgten die Bremsen, sonstige Ausrüstungen einer Dampflok wie etwa Dampfheizung, Schmiervorrichtungen, Sandstreuer, Beleuchtungs- und Signaleinrichtungen sowie der Tender. Ein vierter Band mit einer breit angelegten Darstellung der Dampflok-Sonderbauarten schloss die kleine Reihe ab.
Alle vier Bände stießen auf lebhaftes Interesse beim Hobbypublikum und erfreuten sich guter Absätze. Im Laufe der Jahrzehnte erschienen einige Nachdrucke und Neuauflagen – wider Erwarten hatten Autoren und Verlag ein Standardwerk geschaffen, das sich vermutlich in den Bücherschränken zahlreicher Damopflokfans und Modelleisenbahner wiederfindet. Der vorliegende Sammelband macht nicht nur die inzwischen zum Teil vergriffenen Einzelbände wieder verfügbar, sondern kommt auch dem häufig vorgebrachten Wunsch nach einer zusammenfassenden Darstellung der Technik und Funktion von Dampflokomotiven nach.
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Inhalt
6 Die Entwicklung der Dampflokomotive 6 Die wichtigsten Entwicklungsetappen bis zum
Ende des 19. Jahrhunderts 6 Die Entwicklung in England 10 Die Entwicklung in Deutschland
16 Die Dampflokomotive im 20. Jahrhundert 20 Die Hauptbestandteile der Dampflokomotive
und ihre Funktion 20 Der Lokomotivkessel 20 Der Hinterkessel 27 Der Langkessel
28 Rauchkammer und Saugzuganlage 32 Der Überhitzer
33 Der Verbrennungsvorgang in der Feuerbüchse 35 Verdampfungsvorgang im Kessel
38 Die Kesselausrüstung 39 Kesselgrobausrüstung 39 Feuertür
39 Aschkasten 40 Abschlammschieber 41 Regler
44 Dampfleitungen
45 Blasrohr und Hilfsbläser 45 Funkenfänger
47 Kesselfeinausrüstung 47 Speiseeinrichtungen 47 Dampfstrahlpumpen 48 Kolbenspeisepumpen 51 Speisewasservorwärmer
52 Mischvorwärmer und Mischvorwärmerpumpen 57 Mischvorwärmer Bauart Heinl
61 Mischvorwärmer Bauart Henschel MVR 61 Mischvorwärmer der Deutschen Reichsbahn 62 Kesselspeiseventil
62 Wasserstände
64 Sicherheitsventile 65 Bauart Ramsbottom
65 Hochhubsicherheitsventil Bauart Coale 66 Kesselsicherheitsventil Bauart Ackermann 68 Dampfpfeife
71 Läutewerk 72 Nässeinrichtungen 74 Druckmesser
74 Heißdampffernthermometer 77 Die Lokomotiv-Dampfmaschine 77 Die Vorgänge im Dampfzylinder 81 Zweizylinder- und Mehrzylinder 86 Dampfmaschinen mit einstufiger
Dehnung und Verbundmaschinen
89 Der Dampfzylinder mit Kolben und Kolbenstange
89 Der Zylinderblock 101 Die Zylinderausrüstung 106 Das Triebwerk
113 Zylinder- und Triebwerksanordnungen
118 Besondere Einrichtungen an Verbundlokomotiven 119 Die Steuerung
119 Die innere Steuerung 126 Die äußere Steuerung 132 Das Fahrgestell 132 Der Rahmen
135 Rahmenverbindungen 137 Sicherheitseinrichtungen 140 Zug- und Stoßeinrichtungen 142 Das Laufwerk
145 Achslager
148 Tragfedern und Federungsausgleich
152 Kurvenbewegliche Laufwerke
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157 Die Bremsen
157 Wirkungsweise der Bremsen 157 Handbremsen
157 Klotzbremsen 160 Druckluftbremsen 163 Einlösige Bremsen 163 Mehrlösige Bremsen 163 Saugluftbremsen 164 Luftpumpen
168 Zweistufige Luftpumpen 169 Doppelverbundluftpumpen
172 Bremsausrüstung von Lok und Tender 173 Die Riggenbach-Gegendruckbremse 181 Die sonstigen Ausrüstungen
der Dampflokomotive 181 Das Führerhaus
186 Die Anordnung der Bedienelemente 188 Dampfheizung
189 Schmiervorrichtungen
190 Einheitsschmierpumpe Bauart Michalk 190 Hochdruckpumpen
Bauart Bosch-Reichsbahn 192 Sandstreuer
203 Beleuchtungseinrichtung 206 Signaleinrichtungen 208 Der Tender
212 Der Wasserkasten 213 Der Kohlekasten 217 Der Rahmen 220 Das Laufwerk
225 Vorratsbehälter von Tenderlokomotiven 228 Induktive Zugsicherung (Indusi) 236 Sonderbauarten mit
Stephenson-Kessel 238 Zahnradlokomotiven
243 Turbinenlokomotiven 260 Mitteldrucklokomotiven 265 Kondenslokomotiven 268 Franco-Crosti-Lokomotiven 277 Gleichstrom-Dampflokomotiven 279 Lokomotiven mit Ventilsteuerungen 282 Lokomotiven mit Anfahrhilfen (Booster) 284 Dampfmotorlokomotiven
287 Sonderbauarten mit speziellen Kesselkonstruktionen
287 Lokomotiven mit Hochdruckkessel 299 Lokomotiven mit Stroomann-Kessel 300 Lokomotiven mit Brotan-Kessel 302 Lokomotiven mit Krauss-Wellrohrkessel 303 Dampfspeicherlokomotiven
306 Sonderbauarten mit speziellen Fahrgestellen und Triebwerken 306 Klien-Lindner-Hohlachse
310 Radial einstellbare Endachsen Bauart Klose 312 Schwinghebel-Triebwerk Bauart Hagans 314 Gelenklokomotiven Bauart Mallet 317 Gelenklokomotiven Bauart Meyer 318 Gelenklokomotiven Bauart Fairlie 320 Zahnradgetriebene Endradsätze
Bauart Luttermöller
321 Lok mit Schwartzkopff-Eckhardt-Lenkgestellen 322 Der Beugniot-Hebel
323 Sonderbauarten mit speziellen Feuerungen
325 Lokomotiven mit Kohlenstaubfeuerung
332 Lokomotiven mit Ölzusatz und Ölhauptfeuerung
336 Quellenverzeichnis
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Die Entwicklung der Dampflokomotive
Die wichtigsten Entwicklungsetappen bis zum Ende des 19. Jahrhunderts
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ie Wiege der Dampflokomotive stand in England. Das war kein Zufall, denn das Inselreich war im 18. und 19. Jahrhundert das industriell am weitesten entwickelte Land Euro- pas, ja der ganzen Welt. Eine epocha- le Erfindung gelang 1769 dem Briten James Watt, als er die erste funktions-tüchtige Dampfmaschine baute und da- mit die Voraussetzung für die Mecha- nisierung vieler Produktionsprozesse schuf.
Die Idee, die Dampfmaschine nicht nur stationär einzusetzen, sondern die von ihr erzeugte Energie auch zum An- trieb von Fahrzeugen zu nutzen, war
bald geboren. Es war allerdings ein Fran- zose, der 1770 den ersten Dampfwagen baute. Das von Cugnot entwickelte drei- rädrige Fahrzeug, zum Transport schwe- rer Lasten bestimmt, war jedoch nur 4 km/h schnell, und da die Leistung des vor dem Fahrzeug liegenden Kugelkes- sels sehr begrenzt war, blieb ihm keine Zukunft. Aber es war von Cugnot bewie- sen worden, dass man mit Dampf auch fahren konnte.
Da es schienengebundene Fahrzeu- ge, die jedoch von Pferden gezogen wurden, schon vor der Erfindung der Dampfmaschine gab, gingen die Bestre- bungen dahin, die Dampfkraft für diese Schienenfahrzeuge nutzbar zu machen.
Es waren ebenfalls Engländer, die mit ihren Erfindungen Meilensteine auf dem Weg zur ersten brauchbaren Dampfloko- motive setzten. Die erste Dampflokomo- tive stammt aus dem Jahre 1804 und wurde von Richard Trevithick erbaut.
Die zweiachsige Maschine hatte keine Spurkränze an den Rädern, sondern fuhr auf Schienen aus Winkeleisen, die die Führung übernahmen. Da Trevithick wie auch andere Erfinder noch immer daran zweifelten, dass die Reibung zwischen den glatten Schienen und den glatten Rädern ausreichte, um das Fahrzeug Erste Niederdruck-Dampfmaschine mit Drehmomentübertragung von James Watt etwa um 1770. Der Kolben setzte bereits ein Rad in Bewegung.
Atmosphärische Dampfmaschine als Pumpenantrieb von Newcomen 1712.
Hier wird noch kein Schwungrad in Drehung versetzt, sondern nur durch den Dampfdruck der Kolben nach oben gedrückt. Durch den normalen Druck der Atmosphäre und das Eigengewicht fällt der Kolben zurück in die Ausgangspo- sition.
ZEICHNUNG: R. BARKHOFFZEICHNUNG: R. BARKHOFF
Die Entwicklung in England
7 fortzubewegen, beschlug er die Räder
außerhalb der Lauffläche mit Nägeln, die sich in das Holz der Langschwellen- bahn einbohrten. Die Lokomotive hatte nur einen Zylinder, der, um Abkühlungs- verluste zu vermeiden, im Kessel unter- gebracht war und über ein Zahnvorgele- ge beide Achsen antrieb.
Alle Erfinder, die daran zweifelten, dass die Reibung zwischen Rad und Schiene ausreiche, gingen mit ihren Konstruktionen Irrwege. Versuche mit angerauhten Radreifen führten 1810 zu einem extremen Verschleiß an Radreifen und Schienen und wurden aufgegeben.
1812 baute der Engländer Blenkin- sop eine Lokomotive mit zwei im Kes- sel stehenden Zylindern, die ein Zahn- rad antrieben, das in eine neben den Schienen liegende Zahnstange eingriff.
Die Lokomotive war fast zwanzig Jahre in Betrieb, gab aber höchstens späte- ren Zahnradlokomotiven Impulse. Für die Entwicklung der Adhäsionsmaschine hatte sie keine Bedeutung.
Einen Irrweg ging auch der Englän- der Chapman, dessen Lokomotive sich selbst an zwischen den Schienen ver- legten Ketten ziehen sollte. Auch die Lokomotive des Engländers Brunton bot keinen Beitrag zur weiteren Ent- wicklung. Seine Maschine bewegte sich im Wortsinn mit Krücken vorwärts. Me- chanisch angetriebene Stützen sollten,
wie die Hinterbeine eines Pferdes, die Lokomotive abstoßen und vorwärts be- wegen. Rückwärtsfahren war nicht mög- lich. Zu allem Unglück explodierte bei der Probefahrt der Kessel, so dass sich diese Erfindung sehr schnell von selbst erledigt hatte.
Es blieb den Engländern Hedley und Blakett vorbehalten, nachzuweisen, dass bei entsprechender Belastung der Treibachse die Reibung zwischen Rad und Schiene durchaus genügte, um eine Lokomotive fortzubewegen. Mit einem
handbetriebenen zweiachsigen Wagen erbrachten sie den Beweis. Hedley baute daraufhin 1813 eine Adhäsionsmaschi- ne mit außenliegenden Zylindern. Der Antrieb beider Achsen erfolgte durch Schubstangen und Kurbeln auf eine un- ter dem Kessel liegende Vorgelegewelle, die über ein Zahnradgetriebe die Achsen antrieb. Hedleys Lokomotive erhielt we- gen des Geräuschs, das der aus den Zy- lindern austretende Dampf verursachte, den Namen Puffing Billy. Das Maschin- chen war immerhin bis zum Jahre 1862
ZEICHNUNG: R. BARKHOFF
Dieses „Spur-1“-Modell (1:32) der Trevithick-Lokomotive aus dem Jahre 1804, gebaut von Rolf Einax, lässt gut die im Kessel untergebrachten Zylinder erkennen.
FOTO: P. SCHIEBEL
Die Lokomotive von Trevithick war die erste Maschine, die auf Schienen fuhr. Entworfen und gebaut wurde sie 1803 bis 1804.
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Immerhin fast 20 Jahre war diese 1812 von Blenkinsop gebaute Lokomotive in Betrieb.
So kann sich der Kohlenverkehr mit Blenkinsops Lokomotive abgespielt haben.
auf der Kohlenbahn in Wylam im Einsatz und konnte zehn beladene Kohlenhunte mit 8 km/h ziehen.
Auch in Deutschland baute 1815 die Königliche Eisengießerei Berlin eine Dampflokomotive nach englischen Vor- bildern, die, wie die Maschine von Blen- kinsop, sich in einer neben den Schie- nen verlegten Zahnstange vorwärts bewegte. Über das Schicksal der Loko- motive gibt es mehr Vermutungen als gesicherte Informationen. Sie soll für eine oberschlesische Hütte bestimmt gewesen sein, doch als sie an ihrem Be- stimmungsort ankam, sollen Gleise und Lokomotive wohl verschiedene Spur- breiten besessen haben.
Der Engländer George Stephenson, 1781 geboren, beschäftigte sich schon 1814 mit dem Bau von Lokomotiven, vor allem für Grubenbahnen. Seine ers- te, dem öffentlichen Verkehr dienende Lokomotive war die LOCOMOTION, die 1825 auf der ersten öffentlichen Ei- senbahn Englands von Stockton nach Darlington einen Zug von 27 Wagen zog. Auch Stephensons Lokomoti- ven hatten, wie alle Vorgänger auch, nur ein weites Flammrohr. Der Fran- zose Séguin, Direktor der Eisenbahn Lyon-St. Etienne, ersetzte bei einer von ihm entwickelten Lokomotive das Flammrohr durch viele, im Durchmes- ser kleinere Heizrohre. Damit war der Röhrenkessel erfunden. Jetzt, da die Rauchgase einen wesentlich größeren Widerstand vorfanden, reichte der Zug des Schornsteins nicht mehr zur Feu- eranfachung aus. Verglichen mit den Lokomotiven der Gegenwart hatten die ersten Maschinen einen extrem langen
ZEICHNUNG: R. BARKHOFF
Das 1:32-Modell (R. Einax) von Blenkinsops Lokomotive.
FOTO: P. SCHLEBELZEICHNUNG: R. BARKHOFF
